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la Tierra está permanentemente sometida a un bombardeo continuo de rayos cósmicos Un "nido" de rayos cósmicos en la constelación del Cisne

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la Tierra está permanentemente sometida a un bombardeo continuo de rayos cósmicos Un "nido" de rayos cósmicos en la constelación del Cisne

Mensaje por elita el Vie Nov 25, 2011 2:46 pm

Elita

25 Noviembre 2011



Sin que los humanos nos demos cuenta de ello, la Tierra está permanentemente sometida a un bombardeo continuo de rayos cósmicos que parecen llegar de todas partes sin que sepamos exactamente dónde, ni por qué, se generan. Ahora, y por primera vez, un grupo de astrónomos ha encontrado una posible fuente: un "nido" de rayos cósmicos alimentado por un grupo de jóvenes estrellas supermasivas. Se trata de una enorme burbuja de gas muy caliente y enrarecido. Mide más de cien años luz de diámetro y fue localizada siguiendo, hasta su origen, las trayectorias de numerosos rayos cósmicos con el satélite Fermi, de la NASA. El hallazgo se publica esta semana en Science.



Los
rayos cósmicos, que llegan a nuestro planeta en forma de lluvia de partículas, están constituidos por protones muy energéticos, núcleos atómicos o electrones sueltos que llegan desde el espacio exterior. Desde que fueran descubiertos en 1912 por el físico austríaco Victor Hess, los investigadores han intentado averiguar, sin conseguirlo, de dónde proceden exactamente y, sobre todo, dónde obtienen su enorme energía.

Los rayos cósmicos, en efecto, viajan casi a la velocidad de la luz y ostentan energías que son superiores en varios órdenes de magnitud a las que se pueden obtener en los mayores aceleradores de partículas de la Tierra.

Muchos científicos creen que los rayos cósmicos con una energía superior a los 1015 eV (
electronvoltios) deben su aceleración a las ondas de choque que se producen cuando una supernova (una estrella en explosión) expulsa una gran cantidad de material al espacio y a gran velocidad. Ya en 2003 se obtuvieron las primeras evidencias indirectas de que por lo menos algunos de estos rayos cósmicos se generaban en el interior de regiones muy activas en la formación de nuevas estrellas.

Para ello se midió la abundancia relativa de algunos isótopos presentes en los rayos cósmicos que llegan a la Tierra, y se encontró que por lo menos una quinta parte de ellos se correspondían con materiales eyectados por estrellas muy pesadas.

Ahora, las últimas investigaciones confirman esa hipótesis. Un equipo internacional de astrofísicos ha analizado los datos recogidos por el Large Area Telescope (uno de los instrumentos del
telescopio espacial Fermi), y se ha encontrado con una enorme fuente de rayos gamma procedente de una región muy concreta de la constelación del Cisne. La emisión de rayos se extiende a lo largo de una línea que mide unos 160 años luz, justo en medio de dos cúmulos que contienen estrellas muy masivas. Uno de esos cúmulos contiene más de 500 de ellas, y el otro cerca de 75.

Las estrellas muy masivas se forman en el interior de densas nubes de gas y, a medida que crecen, expulsan materia en forma de viento estelar, un fenómeno que se acrecienta cuando alguna de ellas explota en forma de supernova. La enorme presión de estas eyecciones impulsa grandes cantidades de gas hacia fuera. Un gas que, al expandirse a gran velocidad, va creando cavidades, o burbujas, alrededor de las estrellas de las que procede. Estas burbujas pueden crecer hasta encontrarse con otras burbujas procedentes de estrellas vecinas, formando "superburbujas".

Los investigadores del Fermi creen que los rayos gamma que han detectado son el resultado de los rayos cósmicos que se generan en el interior de una de estas superburbujas al interactuar con los gases y la luz que contienen. Los científicos usan los rayos gamma para estudiar el comportamiento de los rayos cósmicos porque los primeros, a diferencia de los segundos, no son desviados por los campos magnéticos que permean el espacio, y por lo tanto es más sencillo rastrear su procedencia.

"Esta es la primera vez que tenemos pruebas firmes de una fuente de rayos cósmicos en el interior de una región de formación de estrellas masivas", asegura Luigi Tibaldo, de la Universidad italiana de Padua y uno de los miembros del equipo. "Se trata de un gran paso adelante en el camino hacia la comprensión del misterio de los rayos cósmicos".

El siguiente paso será averiguar de dónde obtienen exactamente los rayos cósmicos su ingente cantidad de energía. Podría ser, explica Tibaldo, que el "culpable" sea una única onda de choque generada por una supernova, pero también podría ser la acción combinada de diferentes ondas de choque. Para saberlo con certeza, será necesario observar la superburbuja del Cisne con una mayor resolución, elaborar mejores modelos de la dinámica de estas burbujas y obtener, además, nuevos datos de otras regiones en las que se forman estrellas masivas, tanto dentro como fuera de nuestra galaxia.

Una tarea enorme y que no ha hecho más que empezar...




Los rayos cósmicos son partículas subatómicas que proceden del espacio exterior y que tienen una energía elevada debido a su gran velocidad, cercana a la velocidad de la luz. Se descubrieron cuando pudo comprobarse que la conductividad eléctrica de la atmósfera terrestre se debía a la ionización causada por radiaciones de alta energía.

El origen de los rayos cósmicos aún no está claro. Se sabe que el Sol emite rayos cósmicos de baja energía en los periodos en que se producen grandes erupciones solares, pero estos fenómenos estelares no son frecuentes; por lo tanto, no explican el origen de los rayos cósmicos, como tampoco lo explican las erupciones de otras estrellas semejantes al Sol. Las grandes explosiones de supernovas son, al menos, responsables de la aceleración inicial de gran parte de los rayos cósmicos, ya que los restos de dichas explosiones son potentes fuentes de radio, que implican la presencia de electrones de alta energía. En 2007, un grupo de científicos argentinos del Observatorio Pierre Auger realizó un espectacular descubrimiento que inauguró una nueva rama de la astronomía. Este grupo encontró evidencias de que la mayor parte de las partículas de rayos cósmicos proviene de una constelación cercana, Centaurus.[1] Esta constelación en tal caso contiene una galaxia de núcleo activo y su núcleo activo se debe a la presencia de un agujero negro (probablemente supermasivo), al caer la materia a la ergosfera del agujero negro y rotar velozmente, parte de tal materia fuga a enormes velocidades, centrífugamente, en forma de protones y neutrones; al alcanzar la Tierra (u otros planetas con atmósferas lo suficientemente densas) sólo llegan los protones que caen en cascadas de rayos cósmicos tras chocar contra las capas superiores atmosféricas. El descubrimiento observado en Centaurus parece ser extrapolable a todas las galaxias con núcleos activados por agujeros negros.

También se cree que en el espacio interestelar se produce una aceleración adicional como resultado de las ondas de choque procedentes de las supernovas que se propagan hasta allí. No existen pruebas directas de que las supernovas contribuyan de forma significativa a los rayos cósmicos. Sin embargo, se sugiere que las estrellas binarias de rayos X pueden ser fuentes de rayos cósmicos. En esos sistemas, una estrella normal cede masa a su compañera, una estrella de neutrones o un agujero negro.

Los estudios radioastronómicos de otras galaxias muestran que estas también contienen electrones de alta energía. Los centros de algunas galaxias emiten ondas de radio con mucha mayor intensidad que la Vía Láctea, lo que indica que contienen fuentes de partículas de alta energía.

Los rayos cósmicos que alcanzan la atmósfera en su capa superior son principalmente (98%) protones y partículas alfa de alta energía. El resto son electrones y partículas pesadas ionizadas. A estas se les llama partículas primarias.

Esas partículas cargadas interaccionan con la atmósfera y el campo magnético terrestre, transformándose en partículas secundarias (son producto de la interacción de las partículas primarias con la atmósfera) y distribuyéndose de forma que la mayor intensidad de las partículas que alcanzan el suelo será en los polos (debido al campo magnético).

Por tanto, la componente de partículas que alcanzan el suelo varía según la altitud (a mayor altura menos atmósfera con la que interaccionar), con la latitud (a mayor latitud mayor cantidad de partículas desviadas por el campo magnético) y sufren cierta variación con el ciclo solar (de 11 años).

A nivel del mar, y para una latitud de unos 45ºN, las componentes principales son muones (72%), fotones (15%) y neutrones (9%).

Las dosis recibidas debido a los rayos cósmicos se encuentran entre 300 μSv y 2000 μSv al año. Promediada por la población, datos de ocupación y otros factores, se encuentra un valor promedio de 380 μSv/año.

Las lluvias o cascadas de partículas subatómicas se originan por la acción de los rayos cósmicos primarios, que pueden tener una energía superior a los 1020eV, es decir, una energía cien millones de veces superior a la que se puede impartir a una partícula subatómica en los más potentes aceleradores construidos hasta hoy.

Cuando un rayo cósmico de alta energía llega a la atmósfera terrestre interactúa con los átomos que la forman, chocando con los gases y liberando electrones. Este proceso excita los átomos y crea nuevas partículas. Estas, a su vez, chocan con otras produciéndose una serie de reacciones nucleares, que originan nuevas partículas que repiten el proceso en cascada. Así puede formarse una cascada con más de 1011 nuevas partículas. Las partículas que forman las cascadas se pueden medir con distintos tipos de detectores de partículas.

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